Таким образом, состояние этого железа, хотя и кажущегося размагниченным, отличается от состояния куска железа, ни разу не подвергавшегося намагничению.

Чтобы показать это, рассмотрим влияние намагничивающей силы 𝑋₂, действующей в положительном или отрицательном направлениях. Эффект постоянного намагничивания будет обусловлен прежде всего действием силы на молекулы третьей группы, оси которых составляют углы θ₁+β₀ с отрицательной осью.

Если сила 𝑋₂ действует в отрицательном направлении, она начнёт приводить к эффекту постоянного намагничивания, как только угол θ₂+β₀ окажется меньшим, чем θ₁+β₀, т.е. как только 𝑋₂ превысит 𝑋₁. Если же сила 𝑋₂ действует в положительном направлении, она вновь начнёт намагничивать железо, как только угол θ₂-β₀ станет меньше угла θ₁+β₀, т.е. начиная с θ₂=θ₁+2β₀, или пока сила 𝑋₂ всё ещё много меньше, чем 𝑋₁.

Таким образом, из сделанной нами гипотезы, по-видимому, вытекает следующее.

Если кусок железа был намагничен силой 𝑋₀, его остаточная намагниченность не может быть увеличена без приложения к нему силы, превышающей 𝑋₀. Для уменьшения остаточной намагниченности достаточно приложить в противоположном направлении силу, меньшую чем 𝑋₀.

Если железо полностью размагничено обратной силой 𝑋₁ оно не может быть намагничено в противоположном направлении без приложения к нему силы, большей чем 𝑋₁, но для повторного намагничивания железа в первоначальном направлении достаточно положительной силы, меньшей чем 𝑋₁.

Эти результаты согласуются с тем, что было действительно обнаружено Ритчи ⁶, Якоби ⁷, Марианини ⁸ и Джоулем ⁹.

⁶Phil. Mag., 3, 1833.

⁷Pogg. Ann., 31, 367, 1834.

⁸Ann. de Chimie et de Physique, 16, p. 436 and 448, 1846.

⁹Phil. Trans., 1856, p. 287.

Очень полные данные для отношения намагниченности железа и стали к магнитным силам и механическим напряжениям содержатся в книге Видемана «Гальваника». Подробно сравнивая эффекты намагничивания и кручения, он показал, что идеи упругости и пластичности, заимствованные нами из опытов с упругими (временно возникающими) и неупругими (постоянными) скручиваниями проволок, могут быть приложены с равной приемлемостью к индуцированной (временно возникающей) и постоянной намагниченностям железа и стали.

447. Маттьюччи ¹⁰ обнаружил, что растяжение стержня из твёрдого железа, производимое во время действия намагничивающей силы, увеличивает индуцированную намагниченность стержня, что было подтверждено Вертхаймом. В случае стержней из мягкого железа магнетизм при растяжении уменьшается.

¹⁰Ann. de Chimie et de Physique, 53, p. 385, 1858.

Постоянный магнетизм железного стержня увеличивается при его растяжении и уменьшается при сжатии.

В частности, если кусок железа, первоначально намагниченный в одном направлении, затем растягивается в другом, то направление намагниченности в нём стремится сблизиться с направлением растяжения. Если его сжимать, то направление намагниченности стремится стать нормальным относительно направления сжатия.

Это объясняет результаты эксперимента Видемана. По вертикальной проволоке пропускался ток сверху вниз. Если во время прохождения тока или после того, как он прекратился, проволоку скрутить в направлении правого винта, нижний: конец становится северным полюсом.

Рис. 11

Здесь ток, текущий вниз, намагничивает каждую часть проволоки в тангенциальном направлении, как это показано на рис. 11 буквами 𝑁𝑆.

Рис. 12

Скручивание проволоки по правому винту приводит к тому, что участок 𝐴𝐵𝐶𝐷 оказывается растянутым по диагонали 𝐴𝐶 и сжатым по диагонали 𝐵𝐷 (см. рис. 12). Поэтому направление намагниченности стремится приблизиться к 𝐴𝐶 и удалиться от 𝐵𝐷, в результате чего нижний конец становится северным полюсом, а верхний - южным.

Влияние намагниченности на размеры магнита

448. В 1842 г. Джоуль обнаружил ¹¹, что железный стержень удлиняется, когда он становится магнитным из-за электрического тока, протекающего в окружающей его катушке. Впоследствии, помещая стержень в стеклянную трубку с водой, он показал ¹², что объём железа при намагничивании не увеличивается, и сделал вывод, что поперечные размеры сокращаются.

¹¹Sturgeon’s Annals of Electricity, vol. VIII, p. 219.

¹²Phil. Mag., XXX, 1847

Наконец, он пропустил электрический ток в прямом направлении вдоль оси железной трубки и в обратном направлении по её наружной части; трубка, таким образом, превратилась в замкнутый магнитный соленоид с намагниченностью,, направленной под прямыми углами к оси трубки. Оказалось, что длина оси трубки в этом случае уменьшилась.

Он нашёл, что железный прут, к которому приложено продольное давление, также удлиняется при намагничивании. Однако, если на прут оказывается значительное продольное растяжение, действие намагничивания состоит в укорочении прута.

Это относится к проволоке диаметром четверть дюйма, растянутой весом более 600 фунтов.

В случае проволоки из твёрдой стали влияние намагничивающей силы сводилось к укорочению проволоки независимо от того, подвергалась она растяжению или сжатию. Изменение длины имело место только в течение времени действия намагничивающей силы и не наблюдалось под влиянием постоянной намагниченности стали.

Джоуль определил, что удлинение железных проволок примерно пропорционально квадрату истинной намагниченности, поэтому первое действие размагничивающего тока состояло в укорачивании проволоки.

С другой стороны, он нашёл, что эффект укорачивания растянутой железной проволоки или стали меняется как произведение намагниченности на намагничивающий ток.

Видеман нашёл, что если по вертикальной проволоке, намагниченной южным полюсом кверху, пропустить сверху вниз электрический ток, то нижний, свободно подвешенный конец проволоки скрутится по часовой стрелке, если смотреть сверху, или, другими словами, проволока окажется скрученной как правый винт, если соотношение между продольным током и намагничивающим током является правовинтовым.

В этом случае результирующая намагниченность, обусловленная как действием тока, так и существовавшей ранее намагниченностью, будет направлена по правому винту вокруг проволоки. Следовательно, скручивание будет указывать на то, что железо при намагничивании расширяется в направлении намагниченности и сжимается в направлении, ей перпендикулярном. Это согласуется с результатами Джоуля.

Дальнейшее развитие теории намагниченности см. в п. 832-845.

ГЛАВА VII

МАГНИТНЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ

449. Основные магнитные измерения состоят в определении магнитной оси и магнитного момента магнита, а также в определении направления и величины магнитной силы в данном месте.

Так как эти измерения обычно выполняются вблизи земной поверхности, то на магниты всегда действуют сила тяжести и земной магнетизм, а поскольку магниты изготовляются из стали, их магнетизм является частично постоянным и частично индуцированным. Постоянная намагниченность меняется при изменении температуры, при сильной индукции и резких ударах; индуцированная намагниченность меняется при любой вариации внешней магнитной силы.

Для наблюдения действующих на магнит сил удобнее всего сделать его свободно вращающимся вокруг вертикальной оси. В обычном компасе это достигается путём балансировки магнита на вертикальном стержне. Чем тоньше остриё стержня, тем меньше момент трения, препятствующий действию магнитной силы. Для более точных наблюдений магнит подвешивается на нити, составленной из незакрученного шёлкового волокна, одиночного или удвоенного в нужное число раз так, чтобы на каждое из параллельных волокон, образующих эту нить, приходилась по возможности одинаковая доля веса. У такой нити сила закручивания намного меньше, чем у металлической проволоки равной натяжённости, и она может быть вычислена через измеряемый азимут магнита, что невозможно в случае силы, возникающей из-за трения об остриё стержня.